Фазовый состав и свойства керамических матричных композитов с добавкой феррованадиевого шлака

Представлены результаты исследований фазового состава керамических матричных композитов на основе шламистых железорудных отходов с добавками суглинка и феррованадиевого шлака. Приведены химический, гранулометрический и минеральный составы сырьевых материалов. Рассмотрены составы трехкомпонентных шихт и техника приготовления объемно-окрашенных образцов с матричной структурой разработанным способом. С использованием предложенного метода комплексного исследования переходного слоя ядро–оболочка в керамических матричных композитах описаны особенности формирования фаз при обжиге дисперсионной среды и дисперсной фазы керамики. Показано, что добавка пентаоксида ванадия в матрицу приводит к снижению температуры спекания керамического материала и способствует появлению жидкой пиропластичной фазы, это обеспечивает взаимодействие оксидов ядра и оболочки (матрицы) в переходной зоне и кристаллизацию новых минеральных фаз. Установлена зависимость между полной пористостью керамического материала и процентным содержанием феррованадиевого шлака в составе шихты. Увеличение его концентрации в оболочке приводит к окрашиванию образцов в черно-коричневый цвет, увеличению их огневой усадки и средней плотности. Установлено, что сформированная при обжиге дисперсионная среда (матрица) представляет собой перекристаллизованную связку из аморфной и минеральной фаз, образует пространственно организованный каркас и обеспечивает спекание и высокую прочность керамического матричного композита (50–60 МПа).

А.Ю. СТОЛБОУШКИН¹, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Д.В. АКСТ¹, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
О.А. ФОМИНА², канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42)
² Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., 4)

1. Будников П.П., Бережной А.С. Реакции в твердых фазах. М.: Промстройиздат, 1949. 192 с.
2. Яценко Н.Д., Зубехин А.П., Голованова С.П., Вильбицкая Н.А. Особенности формирования кристаллических фаз высококальциевой керамики // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Сер.: Технические науки. 2001. № 4. С. 87–89.
3. Гальперина М.К., Тарантул Н.П. Фазовые изменения при скоростном обжиге волластонитсодержащих плиток // Стекло и керамика. 1985. № 11. С. 20–21.
4. Бурученко А.Е., Верещагин В.И., Мушарапова С.И., Меньшикова В.К. Влияние дисперсности непластичных компонентов керамических масс на спекание и свойства строительной керамики // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 64–67.
5. Matteucci F., Cruciani G., Dondi M., Raimondo M. The role of counterions (Mo, Nb, Sb, W) in Cr-, Mn-, Ni- and V-doped rutile ceramic pigments. Part 1. Crystal structure and phase transformations // Ceramics International. 2006. Vol. 31, pp. 385–392. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2005.03.014
6. Li Y., Jiang J., Zhao J. X-ray diffraction and Mössbauer studies of phase transformation in manganese ferrite prepared by combustion synthesis method // Materials Chemistry and Physics. 2004. Vol. 87. pp. 91–95. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2004.05.007
7. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1984. 312 с.
8. Будников П.П. Химия и технология строительных материалов. М.: Госстройиздат, 1965. 248 с.
9. Явруян Х.С., Котляр В.Д., Гайшун Е.С., Охотная А.С. Фазовые преобразования при обжиге отсевов от переработки террикоников Восточного Донбасса // Строительные материалы. 2019. № 4. С. 3–7. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-769-4-3-7
10. Лотов В.А. Взаимосвязь изменений линейных размеров и объемного фазового состава керамики при спекании // Стекло и керамика. 2005. № 1. С. 19–23.
11. Rathossi C., Pontikes Y. Effect of firing temperature and atmosphere on ceramics made of NW Peloponnese clay sediments. Part I: Reaction paths, crystalline phases, microstructure and colour // Journal of the European Ceramic Society. 2010. No. 30, pp. 1841–1851. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.02.002
12. Салахов А.М., Тагиров Л.Р. Структурообразование керамики из глин, формирующих при обжиге различные минеральные фазы // Строительные материалы. 2015. № 8. С. 68–74.
13. Патент РФ 2500647. Сырьевая смесь для изготовления стеновой керамики и способ ее получения / Столбоушкин А.Ю., Стороженко Г.И., Иванов А.И., Бердов Г.И., Столбоушкина О.А. Заявл. 20.04.2012. Опубл. 10.12.2013. Бюл. № 34.
14. Столбоушкин А.Ю. Перспективное направление развития строительных керамических материалов из низкокачественного сырья // Строительные материалы. 2018. № 4. С. 24–28. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2018-758-4-24-28
15. Акст Д.В., Столбоушкин А.Ю., Фомина О.А. Стеновые керамические материалы объемного окрашивания с матричной структурой // Строительные материалы. 2021. № 12. С. 9–16. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-798-12-9-16
16. Столбоушкин А.Ю. Метод комплексного исследования переходного слоя ядро–оболочка в керамических матричных композитах полусухого прессования // Строительные материалы. 2019. № 9. С. 28–35. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-28-35
17. Stolboushkin A.Yu., Akst D.V. Investigation of the decorative ceramics of matrix structure from iron-ore waste with vanadium component addition // Materials Science Forum. 2018. Vol. 931, pp. 520–525. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.931.520